Мягкий роботизированный захват для сбора ягод может превзойти человека
Свежие, замороженные и переработанные ягоды — многомиллиардный бизнес в США. Только в Арканзасе свежие ежевика и малина ежегодно вносят $24,3 млн в экономику штата. Однако эти нежные ягоды, продающиеся в супермаркетах, необходимо собирать вручную, а рабочая сила на фермах в последние годы ограничена. Новый роботизированный захват для сбора ягод, разработанный в Университете Арканзаса (U of A), может стать высокотехнологичной заменой дефицитной рабочей силы.
В апреле U of A был выдан патент США на изобретение "Мягкий роботизированный захват для сбора ягод". Патент был получен при содействии Technology Ventures, подразделения Отдела исследований и инноваций.
Устройство разработали Энтони Гандерман (в то время аспирант, а ныне доцент кафедры машиностроения U of A), Юэ Чэнь (бывший профессор U of A, ныне работающий в Технологическом институте Джорджии) и Джереми Коллинз (тогда студент инженерного факультета U of A).
Вдохновение природой
Роботизированный захват имеет три "пальца", каждый из которых сделан из мягкого, гибкого материала. Когда "сухожилие" — в данном случае гитарная струна — натягивается, пальцы сжимаются.
Создание роботов из податливых материалов известно как мягкая робототехника — подход, впервые использованный в 1960-х годах. Разработчики часто обращаются к природе за моделями — процесс, известный как бионика. Для ягодосборочной "руки" исследователи вдохновлялись дизайном тюльпана.
"Я вдохновился тем, как цветок тюльпана открывается и закрывается под солнечными лучами", — сказал Гандерман.
На кончике каждого пальца находится датчик силы, который гарантирует, что захват может сорвать ягоду, не раздавив её. Грубо собранная ежевика может быть повреждена при сборе или покраснеть после него — состояние, называемое реверсией красных костянок. Оба этих признака нежелательны для потребителей. USDA также бракует свежую ежевику со слишком большими повреждениями или слишком большим количеством красных костянок.
Чтобы определить силу, необходимую для сбора ежевики без повреждений, инженеры сотрудничали с Андреа Майерс (тогда аспиранткой) и Рене Трелфолл, доцентом кафедры пищевых наук в Сельскохозяйственной опытной станции Арканзаса.
Команда прикрепила датчики к кончикам пальцев опытных сборщиков ежевики и измерила, какое усилие они прикладывают при сборе ягоды.
Прежде чем робот сможет быть развернут на фермах, необходимо доработать технологии компьютерного зрения и позиционирования, которые позволят ему находить и тянуться к ягодам на кусте.
Сегодня более крепкие фрукты, такие как черника и груши, обычно собираются машинами. А более грубые автоматизированные уборочные машины используются для ежевики, предназначенной для заморозки или переработки.
Лучше человека
Человеческая рука может адаптироваться ко многим задачам. Но Гандерман считает, что однажды роботизированная рука сможет лучше собирать ежевику.
"Когда мы говорим об одной конкретной задаче, вы, безусловно, можете создать что-то лучше человеческой руки для этой конкретной задачи", — сказал он.
Роботизированный захват также может быть более стабильным, чем люди-сборщики.
"В зависимости от того, новичок собирает ягоды или кто-то с многолетним стажем, вы получите совершенно разное качество ягод", — отметил Гандерман.
Захват также можно использовать для сбора других мягких фруктов, например, малины.
Роботизированный захват тестировали на различных объектах — от твердых предметов, таких как банка с грушами и банка фасоли, до мягких и гибких, таких как пакет чипсов и футболка. Мягкий захват, по словам Гандермана, также может стать инструментом для людей с ограниченной подвижностью из-за травмы или возраста.